Aplikace vypěňovacích jader při výrobě kompozitních dílů

Abstract

Diplomová práce se zabývá aplikací samovypěňovacích jader na bázi expandovatelných mikrokuliček při výrobě kompozitních konstrukcí. Cílem práce bylo vyvinout inteligentní jádro, které při zvýšení teploty samo expanduje a usnadňuje výrobu lehčených sendvičových dílů, a ověřit jeho funkčnost na prototypu kompozitního dílu. V teoretické části jsou shrnuty poznatky o kompozitních materiálech, sendvičových konstrukcích a stávajících technologiích vypěňovacích jader. V praktické části byly měřeny expanzní vlastnosti mikrokuliček (hustota volného vypěnění, závislost expanze na teplotě a čase a přetlak vyvinutý při expanzi) a stanovena pevnost vzniklé pěny v tlaku. Na základě výsledků byl navržen postup výroby kompozitního dílu se samovypěňovacím jádrem. Pro ověření technologie byl experimentálně vyroben profil přítlačného křídla s jádrem tvořeným samotnými expandujícími mikrokuličkami, které během vytvrzování laminátu vyplní dutinu, zajišťují podpěru krycích vrstev a tvoří lisovací sílu. Výsledky potvrzují, že tato technologie umožňuje integraci jádra do procesu laminace a snižuje počet operací při výrobě. Vyrobený díl dosahuje při stejné hustotě jádra teoreticky nižší hmotnosti, díky eliminaci lepených spojů a snížení množství použité výztuže. Mechanické vlastnosti samotných mikrokuliček jsou však nižší ve srovnání s běžnými jádrovými materiály, což vyžaduje další vývoj v oblasti aditiv pro plnou praktickou využitelnost navrženého postupu.

This diploma thesis focuses on the application of self-foaming cores based on expandable microspheres in the production of composite structures. The aim was to develop an intelligent core that expands when heated and facilitates the production of lightweight sandwich components, and to verify its functionality on a prototype composite part. The theoretical section summarizes knowledge about composite materials, sandwich structures, and existing foaming core technologies. In the practical part, the expansion properties of microspheres were measured (free-foam density, expansion dependence on temperature and time, and pressure generated during expansion), and the compressive strength of the resulting foam was determined. Based on the results, a manufacturing process for a composite part with a self-foaming core was proposed and validated by producing a downforce wing profile filled with expanding microspheres that support the face sheets and generate pressing force during curing. The results confirm that this technology allows integration of the core into the lamination process and reduces the number of production steps. The produced part theoretically achieves lower weight at the same core density due to the elimination of bonded joints and reduced reinforcement usage. However, the mechanical properties of the microspheres alone are lower than those of conventional cores, which requires further development of additives for full practical applicability.